一种电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电极，包括基材和位于所述基材表面的活性层；所述活性层包括活性颗粒，所述活性颗粒包括铅

【技术实现步骤摘要】
一种电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种电极，尤其是一种镍掺杂二氧化铅电极，还公开了该电极的制备方法和应用，以及包含该电极的电解池，属于电化学领域。

技术介绍

[0002]化学镀废水的成分复杂，不仅包含高浓度的重金属(例如镍)，而且还包含各种螯合剂，例如柠檬酸和乙二胺四乙酸(EDTA)，这些试剂通常用于稳定镀液中游离的金属离子。但是，镍与这些有机螯合剂(尤其是EDTA)之间的络合作用使得化学镀废水极其难以通过常规的物理化学方法(例如沉淀、离子交换和吸附)进行有效处理。因此，处理含镍的化学镀废水的先决条件是预先降解废水中的镍
‑
络合物，如Ni
‑
EDTA。
[0003]在过去的半个世纪中，科研人员在高级氧化工艺(AOP)的应用方面做出了诸多探索。AOP工艺主要是利用强氧化性物质如羟基自由基(HO
·
)和活性氯，非选择性地降解Ni
‑
EDTA并从废水中去除镍。常用的AOP技术包括H2O2/UV、Fenton工艺(Fe
2+
/H2O2)、O3氧化(如O3、O3/H2O2和O3/UV)以及光催化氧化。尽管这些方法可有效地降解Ni
‑
EDTA并去除镍，然而在处理过程中将会消耗额外化学药剂并因此产生大量污泥，此外反应器的设计和运行较复杂，从而限制了其实际工业应用。
[0004]阳极氧化毫无疑问是电化学高级氧化工艺(EAOP)中最重要的一个分支，与传统的高级氧化技术相比，其具有许多优势，例如使用的化学药品量少且剩余污泥产生量小，此技术具有广泛的应用性和灵活性。这些优势使得阳极氧化在过去的几十年中越来越有竞争力。污染物的阳极氧化可以通过两个步骤实现，即直接氧化和间接氧化。直接阳极氧化是通过污染物和阳极表面之间的直接电子转移(DET)来实现污染物的转化，而间接氧化利用阳极原位生成的强氧化剂(如HO
·
)来降解阳极附近的污染物(式1和2)：
[0005]M+H2O
→
M(HO
·
)+H
+
+e
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0006]M(HO
·
)+R
→
M+mCO2+nH2O+H
+
+e
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0007]其中M是具有特定氧化态的阳极表面活性位点，M(HO
·
)是吸附在阳极表面活性位点的强氧化剂HO
·
，R表示污染物。
[0008]电极材料在EAOP过程中发挥关键作用。研究表明，在以Ti/RuO2为阳极，不锈钢为阴极的电解槽中，镍和EDTA的去除率均大于77％；而用相同系统处理镍氨废水，镍去除率最高可达99％。据报道，稀土元素和过渡金属(如Bi、Co、Y、La等)，可以优化常规电极的电化学催化性能和机械性能，但这些金属的价格通常很昂贵，难以在工业规模上大规模的应用。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是针对现有技术存在的一个或多个问题，提供一种电极，尤其是一种镍掺杂二氧化铅电极，以及该电极的制备方法和应用，包含该电极的电解池及其应用，以及利用该电极或电解池的废水处理方法。利用本专利技术的电极或电解池，可高效降解废水尤其是化学镀废水中的典型污染物
‑
镍
‑
EDTA络合物，且电极和电解池的稳定性好、能耗低、使
用寿命长。
[0010]根据本专利技术的第一个方面，提供了一种电极，包括基材和位于所述基材表面的活性层；所述活性层包括活性颗粒，所述活性颗粒包括铅
‑
镍复合物；优选所述活性颗粒包括镍掺杂二氧化铅颗粒。
[0011]根据本专利技术的第二个方面，提供了一种制备根据本专利技术第一个方面所述的电极的方法，其包括：在基材的表面形成包括活性颗粒的活性层，所述活性颗粒包括铅
‑
镍复合物；优选所述活性颗粒包括镍掺杂二氧化铅颗粒。
[0012]根据本专利技术的第三个方面，提供了一种电解池，其包括根据本专利技术第一个方面所述的电极或根据本专利技术第二个方面所述的方法制备的电极作为阳极。
[0013]根据本专利技术的第四个方面，提供了根据本专利技术第一个方面所述的电极或根据本专利技术第二个方面所述的方法制备的电极或根据本专利技术第三个方面所述的电解池在处理废水中的应用。
[0014]根据本专利技术的第五个方面，提供了一种废水处理方法，包括利用根据本专利技术第一个方面所述的电极或根据本专利技术第二个方面所述的方法制备的电极或根据本专利技术第三个方面所述的电解池对所述废水进行电化学氧化处理。
附图说明
[0015]在附图中，相似的附图标记指代相同或功能相似的元件，附图包含某些实施方案的图形，以进一步示出和阐明本公开的以上和其他方面、优点和特征。应当理解的是，这些附图描绘了示例性实施例，因此并非旨在限制本公开的范围。通过使用附图，会以附加的特异性和细节来描述和解释本公开。
[0016]图1显示了根据本专利技术的一个实施方式制备镍掺杂二氧化铅电极的方法示意图；
[0017]图2显示了根据本专利技术的一个实施方式制备具备中间层的镍掺杂二氧化铅电极的方法示意图；
[0018]图3显示了根据本专利技术的一个实施方式制备具备中间层的镍掺杂二氧化铅电极过程中钛网基材、形成了中间层后的钛网和最终制备的电极的照片。
[0019]图4显示了利用线性扫描伏安法(LSV)评估实施例1
‑
4和对比例1制备的电极的析氧反应(OER)的结果。
[0020]图5显示了实施例1
‑
4和对比例1制备的电极的电化学阻抗谱(EIS)测试结果。
[0021]图6显示了镍掺杂量为0.5％的PbO2‑
Ni电极表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0022]图7显示了镍掺杂量为5％的PbO2‑
Ni电极表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0023]图8显示了对比例1的PbO2电极表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0024]图9显示了镍掺杂量为0.5％的5％的PbO2‑
Ni电极表面的能量色散谱(EDS)图像。
[0025]图10显示了实施例1
‑
4和对比例1制备的电极的X射线衍射(XRD)图谱。
[0026]图11显示了实施例1
‑
4和对比例1制备的电极对Ni
‑
EDTA的降解率结果比较。
[0027]图12显示了实施例1
‑
4和对比例1制备的电极降解Ni
‑
EDTA的反应速率常数结果比较。
[0028]图13显示了实施例1
‑
4和对比例1制备的电极的羟基自由基生成量结果比较。
[0029]图14显示了实施例1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极，包括基材和位于所述基材表面的活性层；所述活性层包括活性颗粒，所述活性颗粒包括铅
‑
镍复合物；优选所述活性颗粒包括镍掺杂二氧化铅颗粒。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述活性颗粒中镍与二氧化铅的摩尔比为(0.1
‑
6)：100，例如(0.5
‑
5)：100。3.根据权利要求1或2所述的电极，其特征在于，所述镍掺杂二氧化铅颗粒包括树枝状晶粒；优选地，所述镍掺杂二氧化铅颗粒中树枝状晶粒的含量为70％以上。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的电极，其特征在于，所述基材为钛基材；和/或，所述基材为网状基材或多孔基材。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电极，其特征在于，所述基材为钛网基材。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的电极，其特征在于，还包括位于所述基材和活性层之间的中间层；优选所述中间层包括锡
‑
锑复合物。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的电极，其特征在于，所述中间层中锡和锑的摩尔比为(5
‑
10)：1，例如为6：1。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的电极，其特征在于，所述中间层和活性层的质量比为1：(20
‑
30)，例如为1：25。9.一种制备权利要求1
‑
8中任一项所述的电极的方法，其包括：在基材的表面形成包括活性颗粒的活性层，所述活性颗粒包括铅
‑
镍复合物；优选所述活性颗粒包括镍掺杂二氧化铅颗粒。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，形成活性层的步骤包括：通过包含以下步骤的方法在所述基材的表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张常勇，吴磊，孙宇洋，大卫，
申请(专利权)人：江苏新宜中澳环境技术有限公司新南创新有限公司，
类型：发明
国别省市：